Pyrolýza – co to je, její typy, oblasti použití. Rusko a svět, 18.11.2021

Pyrolýza je termochemický proces, při kterém se rozkládají organické i některé anorganické sloučeniny. Je založena na vysokoteplotních účincích na suroviny v nepřítomnosti kyslíku, což vede k jejich separaci na jednoduché složky. Pojďme si krátce promluvit o pyrolýze – co to je jednoduchými slovy a proč je to potřeba.

Metody pyrolýzy

Tento proces recyklace různých odpadních materiálů je ekonomickou a ekologickou alternativou ke spalování nebo skládkování. Podívejme se krátce na pyrolýzu: co to je, a také popis tohoto procesu. Zpracování v pyrolýzních zařízeních se provádí takto:

1. Suroviny se ohřívají v uzavřených bunkrech v prostředí bez kyslíku.
2. V závislosti na zvolené metodě se do něj zavádějí další složky urychlující reakci.
3. V samostatných jednotkách zařízení jsou zachycovány pyrolýzní kapaliny a plyny.
4. Na konci procesu jsou z bunkru odstraněny pevné produkty pyrolýzy.

Technologie pyrolýzy zahrnuje použití dvou hlavních metod pyrolytického rozkladu materiálů:

• Suchá metoda. Při ní není přístup kyslíku do pyrolýzní komory, což zabraňuje spalování nebo oxidaci suroviny. Využívá se vnější ohřev nádoby se surovinami – zpravidla pomocí elektrických ohřívačů. Pro optimalizaci procesu lze použít dehydratační a dehydratační činidla. Tento způsob pyrolýzy může být nízkoteplotní (polokoksování do 550 °C), středněteplotní (550–800 °C) a vysokoteplotní (koksování nad 800 °C). Dobře se osvědčil při zpracování uhlovodíků.
• Oxidační metoda. Pomocí této metody se provádí pyrolýza téměř jakékoli suroviny. Je založena na ohřevu materiálů v pyrolýzní komoře na 600–900 °C ohřátými spalinami přiváděnými do uzavřené nádoby nebo jejich částečném spalování. Jde o nejekologičtější metodu, při které se pevné zbytky surovin zahřívají na teplotu 16000 XNUMX °C.

Uvažované metody pyrolýzy se staly základem moderních metod pyrolytického rozkladu surovin:

• Katalytická nízká teplota (s použitím katalyzátorů).
• Iniciované (používají se speciální látky – iniciátory).
• Tepelný kontakt (úlohu katalyzátoru hraje roztavený kov a malé částice žáruvzdorného materiálu, které zajišťují silný ohřev suroviny).
• Hydropyrolýza (s ohřevem surovin na 900 °C a přívodem vody pod tlakem 100 barů).

Vylepšené moderní typy pyrolýzy jsou díky své účinnosti šetrnější k životnímu prostředí a zajišťují maximální produkci recyklovaných produktů ze zpracovaných surovin.

Typy instalace

Výroba pyrolýzy se provádí v domácích i průmyslových zařízeních. Největší pozornost si zaslouží průmyslové pyrolýzní závody, jejichž použití v Rusku získává na popularitě. Koneckonců, nabízejí řadu výhod:

• poskytnout příležitost k bezodpadové recyklaci;
• mají vysokou účinnost, dosahující 90%;
• umožňují nejen získávat recyklovatelné materiály ze zpracování, ale také vytvářet nenahraditelné zdroje – například syntetický olej.

Přítomnost pyrolýzního zařízení navíc zajišťuje výrobu uhlovodíků ze zpracovaných surovin, které lze využít pro zásobování podniku teplem a energií. To vám umožní odmítnout nákup části energetických zdrojů a ušetřit peníze. Také při pyrolýze se z různých surovin extrahují různé druhy organických kyselin a dalších chemických prvků, které mohou být hlavními nebo pomocnými látkami při výrobě. To také snižuje náklady.

Pyrolýza pevných odpadů

S ohledem na zpracování tuhého domovního odpadu je pyrolýza zjednodušeně řečeno nejúčinnějším řešením, díky kterému je proces šetrnější k životnímu prostředí a snižuje negativní dopad tuhého odpadu na přírodu. Proces pomáhá nejen recyklovat odpad, ale také z něj získávat recyklovatelné materiály používané v průmyslu a palivové energetice.

Pyrolýza zpracovává téměř jakýkoli druh odpadu:

• automobilový průmysl;
• farmaceutický a chemický průmysl;
• ropné produkty a průmyslový odpad;
• elektrotechnika;
• dřevozpracující průmysl;
• domovního a průmyslového odpadu.

Proces pyrolýzního rozkladu zajišťuje výrobu stabilizovaných materiálů bez uvolňování škodlivých látek do životního prostředí.

Pyrolýza odpadků a pneumatik

Nejoblíbenějšími surovinami pro pyrolýzu jsou domácí a průmyslový odpad, pneumatiky pro všechny typy zařízení. Jejich recyklace je ekonomičtější a bezpečnější než jejich spalování ve spalovnách odpadu. Například během pyrolýzního rozkladu pneumatik se získá:

• kov používaný v kordech pneumatik;
• pyrolýzní olej;
• technický uhlík;
• pyrolýzní plyn.

Pro co nejefektivnější získávání recyklovatelných materiálů se doporučuje před recyklací odpad předtřídit.

Průmyslové použití

Proces pyrolýzy v průmyslu umožňuje řešení mnoha problémů:

• Zorganizujte zpracování pevného odpadu „na místě“, nejen ušetříte peníze za odvoz, ale také získáte recyklovatelné materiály nezbytné pro průmysl.
• Likvidujte průmyslový odpad, který může zahrnovat nejen pevné a sypké materiály, ale také odpadní vody a další druhy znečišťujících látek.
• Získejte uhlovodíky. Na celém světě se téměř 100 % etylenu vyrábí pyrolýzou, až 80 % butadienu, 67 % polypropylenu a 37 % benzenu se vyrábí z ropných produktů a uhlovodíků. Pyrolýza také umožňuje získat polymerní materiály, včetně různých druhů plastů.
• Získejte acetylen. Dále se používá při výrobě plastů, rozpouštědel, umělé pryže a etanolu.
• Recyklujte dřevo. Pyrolýza zpracování dřevěných materiálů je nejúčinnějším a nejproduktivnějším způsobem výroby dřevěného uhlí.

Jinými slovy, spuštění pyrolýzní jednotky v podniku je jediný způsob, jak zajistit bezodpadovou výrobu a snížit provozní náklady.

Produkty pyrolýzy a jejich aplikace

Konečnými produkty pyrolýzy jsou různé látky ve stabilizovaném pevném, plynném a kapalném skupenství. To může být:

• motorová nafta a benzín;
• uhlí;
• kovy;
• syntetické plyny.

Navíc se uvolňuje tepelná energie, kterou lze využít k vytápění. Syntetické plyny se používají jak k výrobě složitějších polymerních látek, tak k výrobě tepelné energie. Obdobně je tomu u různých kapalin, které mohou sloužit jako palivo pro dopravu nebo základ pro výrobu plastů. Pevné zbytky získané v pyrolýzním zařízení se používají jako recyklovatelné materiály a dřevěné uhlí se používá k určenému účelu.

Pyrolýza uhlovodíkových surovin je tepelný rozklad organických přírodních sloučenin za nepřítomnosti vzduchu.

Pyrolýza uhlovodíkových surovin je tepelný rozklad organických přírodních sloučenin za nepřítomnosti vzduchu.

Vlivem vysokých teplot (650-900°C) se ropné a plynové suroviny tepelně rozkládají za vzniku převážně nenasycených (etylen, propylen) a aromatických uhlovodíků.

• štěpení vazeb uhlík-uhlík,
• dehydrogenace,
• polymerizace,
• izomerizace,
• kondenzace.

Pyrolýza byla poprvé použita na konci 19. století k výrobě osvětlovacího plynu z petrolejové frakce ropy.
Od 1950. let XNUMX. století Pyrolýza je hlavní průmyslový proces poskytující:

• velkosériová výroba nízkomolekulárních olefinů: etylen, propylen,
• další monomery a meziprodukty pro chemický průmysl (buteny, butadien, cyklopentadien, benzen, toluen, xyleny atd.).

Stávající kapacita pyrolýzních zařízení je 113,0 mil. tun/rok pro etylen, neboli téměř 100 % světové produkce, a 38,6 mil. tun/rok pro propylen, neboli více než 67 % světové produkce.
Zbytek – 30 % produkce propylenu pochází z katalytického krakování, asi 3 % – z plynů ze zpožděného koksování a visbreakingu.
Průměrný roční nárůst spotřeby etylenu a propylenu ve světě je více než 4 %.

Spolu s výrobou ethylenu a propylenu je proces pyrolýzy hlavním zdrojem divinylu, který se uvolňuje z doprovodné pyrolýzy C₄ frakce a benzen získaný z kapalných produktů pyrolýzy.
Asi 80 % světové produkce divinylu a 39 % produkce benzenu se provádí pyrolýzou uhlovodíků.
V průmyslových podmínkách se pyrolýza uhlovodíků provádí při teplotách 800-900 °C a při tlacích blízkých atmosférickému (na vstupu do pyroelektrické cívky ~ 0,3 MPa, na výstupu – přebytek 0,1 MPa).
Doba zdržení suroviny v pyrocoilu je 0,1 – 0,5 sekundy.

• primární reakce probíhají se zvětšením objemu plynu reakční hmoty. Jedná se především o reakce štěpení vysokomolekulárních parafinů a naftenických uhlovodíků za vzniku uhlovodíků s nižší molekulovou hmotností.
• sekundární kondenzační reakce se vyskytují hlavně v pozdních fázích pyrolýzy.

Vlivem nárůstu molekulové hmotnosti molekul reakčních produktů se zmenšuje plynný objem reakční hmoty.
V zásadě vedou reakce tvorby aromatických, vícejaderných aromatických uhlovodíků, jako je naftalen a anthracen, jako výsledek kondenzačních/polykondenzačních reakcí k syntéze tepelně stabilních aromatických uhlovodíků, a to i v důsledku Diels-Alderových reakcí.
Také sekundární reakce zahrnují tvorbu různých pastovitých sloučenin vodíku a uhlíku, které se v průmyslu běžně nazývají smola.

Produkt bez vodíku, spálený při velmi vysoké teplotě, se nazývá koks.
Pyrolytický koks má jiné vlastnosti než uhelný koks.
Rozdělení reakcí na primární (destrukce těžkých molekul) a sekundární (syntéza polykondenzovaných aromatických uhlovodíků) je libovolné.
Pro snížení rychlosti sekundárních pyrolýzních reakcí zřeďte pyrolýzní surovinu vodní párou.

V důsledku toho klesá parciální tlak uhlovodíků a podle Le Chatelierova principu snížení tlaku v reakční zóně usnadní vznik reakcí, ke kterým dochází se zvýšením objemu, tedy primárních.
U ethanu, butanu a primárního benzínu je poměr páry k surovině obvykle 0,3:1,0, 0,4:1,0, 0,5:1,0.

Trubkové pyrolýzní reaktory se v průmyslu rozšířily.
Pyrolýzní pece se skládají ze 2 oddílů – sálavého a konvekčního.
Sálavá sekce obsahuje trubkové pyrolýzní reaktory (pyrolýzní spirály), vyhřívané spalným teplem topného plynu na hořácích této sekce.
Pyrocívky jsou vyhřívány tepelným zářením z vnitřního zdiva sálavé části topeniště, nad kterým je „šířen plamen hořáků“.

V konvekční části pece se surovina předehřívá, ředí vodní párou na výchozí teplotu pyrolýzy (600-650 °C) konvekčním přenosem tepla spalinami ze sálavé sekce.
Pro přesnější regulaci teploty je na výstupu z topeniště v obou sekcích instalován odtahový ventilátor s klapkou pro regulaci rychlosti pohybu spalin.
Konvekční část kromě ohřevu surovin a ředicí páry ohřívá napájecí vodu kotle, která slouží k chlazení produktů pyrolýzy na výstupu z pece – v kalící a odpařovací aparatuře.
sytá pára se používá k výrobě vysokotlaké páry, která se zase používá k otáčení parní turbíny pyroplynového kompresoru.
U nejnovějších modelů pyrolýzních pecí byl do konvekční části přidán modul pro přehřívání syté páry na požadovanou teplotu (550 °C).
Díky tomu je účinnost využití tepla u nejnovějších modelů pyrolýzních pecí 91 – 93 %.

Pro zvýšení selektivity procesu a výtěžku produktů během pyrolýzy se musí zkrátit doba setrvání suroviny v reakční zóně a zvýšit teplota.
V současné době je doba kontaktu v moderních pecích asi 0,2 sekundy a teplota pyrolýzy dosahuje 870-900 °C.
Většina společností, které vyvíjejí pyrolýzní pece, se vydala cestou navrhování pyrolýzních hadů s odbočujícími trubkami s proměnlivými průměry.
Takže pokud zpočátku byly pyrocívky dlouhá trubka konstantního průměru, ohnutá na stejné části (do cívky), aby se zmenšily konstrukční rozměry pece, nyní jsou pyrocívky vyrobeny z velkého počtu vstupních trubek (10 – 20) malého průměru Ø, které jsou kombinovány, a v důsledku toho se na výstupu spirála skládá z 1 – 2 trubek mnohem většího Ø.
V takových pyro cívkách se dosahuje vysoké tepelné intenzity na počátečním úseku a nízké na konci, kde teplota stěny hraje velkou roli v procesu tvorby koksu.
Zpočátku byly pyrocívky v radiační sekci ve vodorovné poloze, doba kontaktu v takových pecích nebyla kratší než 1,0 sekundy a teplota pyrolýzy nebyla vyšší než 800 °C.
Přechod z horizontálních na vertikální volně visící trubky sálavého pyro-coilu umožnil použití tepelně odolných, křehkých materiálů pyro-coil, což vedlo ke vzniku pecí s vysokoteplotními podmínkami a krátkou dobou zdržení proudění v pyrocívkách.

Pro výrazné zamezení vzniku nežádoucích sekundárních reakcí je na výstupu z pece instalováno kalicí-odpařovací zařízení (QEA).
V prostoru trubice ZIA dochází k prudkému ochlazení (zhášení) reakčních produktů na teploty 450-550 °C.
V mezitrubkovém prostoru se odpařuje kotlová voda, která se využívá k výrobě vysokotlaké páry.
Zavedení ZIA do konstrukce pecních bloků umožnilo využít teplo produktů pyrolýzy k výrobě vysokotlaké páry.
Přítomnost vlastní vysokotlaké páry vedla k výměně elektricky poháněných kompresorů za kompresory parní turbíny, což vedlo ke značným nákladům na produkty pyrolýzy.
Úplný přechod od absorpčního schématu plynové separace reakčních produktů k nízkoteplotní frakcionaci vedl k výrobě nižších olefinů vyšší kvality – polymerační čistoty.